压力容器的腐蚀与保护探讨

压力容器的腐蚀与保护探讨

发表时间：2019-12-31T09:14:21.813Z 来源：《科学与技术》2019年第16期作者：杨晓亮

[导读] 油气田生产中的压力容器管理是重点，

摘要：油气田生产中的压力容器管理是重点，也是确保油气田开采的关键。而在油气作用下造成的压力容器腐蚀问题对其容器的安全使用造成了影响。本文对油气田压力容器腐蚀的主要原因及防腐措施进行了分析，并在此基础上对压力容器使用中的防腐管理问题进行了分析，提出了措施及建议，可为后期压力容器的腐蚀与保护提供参考。

关键字：压力容器；化学腐蚀；防腐处理

中图分类号：TH452 文献标识码：A

1 引言

国内自从开展压力容器监督检验以来，其在保障压力容器的产品质量方面起到了非常重要的作用。但随着压力容器向大型化和向高参数方向发展，以及新材料、新技术和新工艺的不断出现，对于压力容器制造和检验也提出了更高的要求。目前压力容器制造行业不景气，人员流动较大，质保体系运转存在一定问题，因此很难保证产品质量，加上目前特检机构改革、特种设备检验行业存在严重人机不匹配等问题。为了更好地做好压力容器监督检验工作，保证压力容器安全运行，该文针对压力容器监督检验过程中发现的问题进行梳理与分析，希望能为制造单位、监督检验单位(第三方检验)提供一定的参考。

2 关于压力容器腐蚀的原因及分析

结合油田实际情况，现所使用的压力容器大多采取合金材料制作，从其材质上讲，该种材料较一般碳钢材质具有较好的腐蚀性。但基于油气中所含有的一些如硫、氯等离子的存在，将对其容器内壁造成腐蚀。关于油气对压力容器腐蚀包括内腐蚀和外腐蚀，内腐蚀由内部介质所导致，是目前的研究难点和重点。内腐蚀有三个显著特点：气、水、烃固共存的多相流腐蚀介质；高温或高压环境；H2S，CO2，O2，Cl-和水分是主要的腐蚀物质，其中，H2S，CO2，O2是腐蚀剂，水是载体Cl-是催化剂。在三种腐蚀剂中，H2S和CO2的腐蚀是氢去极化腐蚀，H2S腐蚀类型除电化学腐蚀外，其最具危害的还是固体力学化学腐蚀，即硫化物应力腐蚀开裂、氢致开裂等，H2S可以导致五种开裂损伤：硫化物应力腐蚀开裂、氢鼓泡、氢致开裂、碱性应力腐蚀开裂等。结合以上分析，可认为造成油气田压力容器腐蚀的主要原因为电化学腐蚀，即在化学作用下而造成的腐蚀。基于此，从压力容器的防腐上，可从防止容器与油气中的一些化学物质发生电化学反应而起到阻止腐蚀的目的。

3 腐蚀断裂产生的条件

3.1 足够大的拉伸应力

在压力容器中不是只要存在拉伸应力就会产生断裂，而是只有当拉伸应力超过应力断裂的临界应力时才会发生应力腐蚀断裂。压力容器中的拉伸应力主要有以下三大来源：（1）外加的应力；（2）残余的焊接应力；（3）腐蚀过程中产生的应力。外加的应力就是通过外部的操作条件发生变化及环境温度的变化，从而导致产生的应力。对于压力容器来讲，残余应力一般来自设备焊接时所产生的焊接应力。随着操作介质与金属表层之间发生化学反应，使表层产生较大体积的堆积物，随着堆积物体积的变化从而形成较大的应力。

3.2 腐蚀环境

对引起应力腐蚀断裂一个十分重要的因素是操作环境。特定的金属材料在拉应力和一定的操作环境的双重组合下，才能产生应力腐蚀断裂。其次，操作环境中介质的温度对压力容器应力腐蚀断裂也有一定影响。一般来说，随着温度的升高，材料的许用应力降低，容易产生应力腐蚀断裂。应力腐蚀产生的裂纹大多数呈现树状结构，沿着拉应力垂直的方向发展，一般有穿晶型、沿晶型和二者组合型。

4 控制腐蚀的主要措施

4.1 电镀法

采取电镀法防止压力容器化学腐蚀的发生。如在采取电镀法进行防腐处理中，镍磷镀使用较多，其具以下优点：镀层均匀性好、附着力强、硬度高及抗磨性能好、抗腐蚀性能优良。目前，该种方式在一些油田容器中的应用较为广泛。即首先将化学镀镍技术应用于容器防腐，取得了巨大的经济效益。在非恶劣腐蚀环境下，化学镀镍技术可以使旧压力容器的使用寿命延长2倍以上，而对于新的容器，其使用寿命可高达4倍以上。此外，该种方法的使用可在内壁与外壁中进行使用，均可起到较好的防腐作用，可延长使用寿命及降低使用安全风险，该种方法属于现有长庆油田压力容器所使用的主要方法，对容器防腐起到积极作用。

4.2 材料检验

(1)材料及零部件存放未进行三区划分，未按照质量保证体系规定进行材料标记移植。(2)法兰等锻件缺少标识，未按照其制造标准要求标识执行标准、材质、规格、压力等级和“TS”标识，无法与其合格证或质量证明书进行核对检查;实物为冷旋封头但合格证为热压封头。(3)奥氏体不锈钢开平板未进行开平复验，低温容器焊条未进行药皮水的含量或熔敷金属扩散氢含量复验，用于Ⅲ类压力容器的Ⅳ级锻件未进行复验。(4)钢板超声波检测合格级别不符合设计图样和标准的规定;钢板供货状态不符合要求(如某设备不锈钢板要求交货状态为1D，实际为2B);奥氏体不锈钢换热器管的涡流探伤级别、液压试验压力值不符合GB150—2011规范的要求;有的单位将执行标准为GB/T8163—2018规范钢管用于高压容器;当直径和厚度可以制备宽度为5mm小冲击试样的钢管未进行冲击试验;法兰锻件级别不符合设计图纸和《大容规》要求(如氯气缓冲罐要求锻件级别为Ⅲ级，而合格证和法兰标记均为Ⅱ级)。

4.3 改善使用环境

改善使用环境有两种方案：一种是设备内壁做防腐衬里，另一种是对腐蚀介质进行再处理。有些设备使用的介质腐蚀性特别强，筒体的材料要么没有有效的耐腐蚀性能，要么设备筒体材料特别昂贵，对于这种情况，可以采用设备内壁衬里的方法来解决腐蚀问题。一般压力容器采用的衬里有不锈钢、橡胶、玻璃钢、聚四氟乙烯等。衬里施工应根据容器内的介质特性、工作压力、工作温度等具体情况而定。一般情况下，要提高设备的抗腐蚀性能，通常采用缓蚀剂、抗垢剂来减轻和抑制对设备的腐蚀，或对腐蚀介质进行再处理，去除引起严重腐蚀的有害成分或介质。

4.4 高温腐蚀治理

(1)为改善主燃烧区和炉膛出口截面co体积分数较高的现象，可适当降低燃尽风率运行，考虑到满负荷下炉膛出口NO:体积分数为

0.005%一0.007%，可降低燃尽风率至25%。(2)由冷态烟花示踪试验结果可知，某些二次风层的各角二次风量存在不均匀性，这也是主燃烧